電気を必要としない新しい3Dプリント技術、細菌の群れが3Dプリントを推進

南極のクマによると。最近、ローマ大学の物理学教授ロベルト・レオナルド氏は、バクテリアとレーザーの力で回転を始めることができる一連のマイクロモーターを開発した。ナノスケール 3D 印刷技術は新しいものではありませんが、関連するアプリケーションは常に革新されています。 2光子リソグラフィーと呼ばれる技術が普及した後、この技術は、極小のレーシングカー、スペースシャトル、さらには古代ローマの彫刻など、多くの美的模型の作成に使用されました。

研究者たちはこの技術を医療分野にも応用したいと望んでいるが、これまでのところ、機械的な観点から見ると成功は限られている。たとえば、ある研究グループは 3D プリントを使用して、磁場内で自由に移動できる「サメ」と呼ばれるナノデバイスを作成しました。また、他の研究グループは、標的を絞った薬物送達の成功率を高めるために新しい形状の開発に取り組んでいます。実際、過去の研究では、ナノテクノロジーは特定の用途において大きな可能性を秘めており、印刷された物体には予期せぬ医療効果があることが実証されています。ローマ大学の科学者たちはこの特性を利用して、光制御バクテリアで駆動するマイクロモーターを開発した。実験では、レオナルドのチームは36個の電気機械モーターが同期して動作する様子を実証し、3Dプリントされたマイクロマシンの未来を予見した。

レオナルド氏は、ナノテクノロジーやマイクロファブリケーションなどの最新ツールを使用することで、研究者はより優れたマイクロマシンを作ることができると語った。 3D プリントの 2 光子リソグラフィーシステムにより、あらゆる形状を印刷できますが、マシンを自律的に動かすには電力が必要です。半固体樹脂で作られた機械システムを、ホログラフィック光ピンセットなどの組み立てツールと組み合わせると、レーザーを使用して小さな生命体を操作することができます。
レオナルドの実験チームが開発した特殊なモーターでは、研究者らは遺伝子組み換え大腸菌を使用した。マイクロモーターアレイでは、各モーターの表面に 15 個のマイクロチャンバーが刻まれている。研究者が何千もの遊泳性細菌を含む水を一滴落とすと、細菌は頭を内側に、鞭毛を外側にして、次々にマイクロチャンバーに泳ぎ込んでいく。複合的な力により、バクテリアは小さな「プロペラ」に変化し、流れる水が水車を回すように、3Dマイクロモーターを回転させました。

改変された大腸菌は独自の泳ぎ方と行動特性も備えているため、研究者らはモーターに小さな傾斜路を意図的に作り、トルクを最大化するために45度の角度に傾けてそれをマイクロチャンバー内に押し込み、鞭毛がチャンバーの外で自由に鞭打ち、単一のモーターローターの動きを駆動できるようにした。しかし、この方法の欠点は、バクテリアによって生成される推力が断続的であることです。モーターが1回転するのに約1分かかり、時には一部のローターが逆方向に動いてエネルギーを無駄にします。

細菌を集めて制御するために、研究者らはモーターシステムを10秒ごとにレーザーで照射し、システム内の各コンポーネントが同期して動くようにした。これまで、科学者は細菌を制御するために電場や磁場を伝統的に使用してきましたが、これらは高価で生成が困難です。光を使って運動システムを制御するのは簡単で低コストであり、細菌が環境内のさまざまな信号に反応できるようにもなります。レオナルドは、生命の基本単位は細胞であり、医療診断は単一の細胞を収集することから始まると指摘しました。現在、人類の研究はまだ始まったばかりです。物理学、工学、生物学などの分野では、独立した研究者が常に精力的に研究を行っていますが、ナノテクノロジーの観点から見ると、異なる分野の研究を組み合わせることでのみ、社会は最大の利益を得ることができます。

出典: 北京青年報詳細:
ハーバード大学はバクテリアを使ってCO2を3Dプリント可能なバイオポリマーに変換しています。バクテリアと酸化グラフェンを混ぜて、実際にグラフェンを3Dプリントします。

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